Snelheidsmetingen aan de cavitatietunnel

(1)

RAPPORT No. 70 VAN BET lABORATORIUM VOOR SCHJP8BOUWKUNDE TECHNISCHE HOGESCROOL - DELPT

door

G. VAN LEEIJWEN

UEIJ1EIDMETINGFJN LAN DE CAVITATIETUNNEL.

Doel van de yroer:

Blj het onderzoek eau een bewegend profiel bleek het zeer gewenet de

wateraneiheid in bet

meetatuk nauwkeuriger te weten dan tot nog toe het geval geweest was. In verband hiermee werd een aantal proeven uitgevoerd met bet doel ser-dere anelheidsmetingen te controleren en na te gasn op weike wijze nauwkeuriger inetingen verkregen konden worden.

Voorheen was de gáng van zaken ale voigt:

In 't hart van de meetsectie (I) werd de pitotbuis geplaatet waarop

sen

drukverschil getjkt werd., dat ont8taat door de contractie. (Statische druk in doorsnede III verminderd met die in dooranede II). Werd nu in de

meet-8eCtie

een te onderzoeken profiel geplaatst, waarbtj de pitot buis dus verwljderd was, dan werd aangenomen, dat met behuip van deze ljking de sneiheid ter plaatse van het profiel be-rekend kon worden.

Bij de nieuwe opetelling werd het meetpunt II vervangen door bet punt I en wel zo, dat hier steeds sen gemiddelde statische druk gemeten werd door niet meer in 't hart van de meetsectie te meten, doch door aan de onder- en boyen-r4jde een rneetpunt te maken, deze ineetpunten te verbinden en op eeu bepaalde plaats in't aldus verkregen ciroult e! te takken naar één been van een manometer, in 't vervoig San-geduid met "contractiemanometer". In de takken AC en BC kon verder nog eeu capillair geplaatat worden, orn te be-reiken, dat de drukval over de tak AC gelijk was aan die over tek BC en aldus sen gemiddelde druk gemeten werd.

(2)

De eerst optred.ende moei]ijkheid was, dat het basis-instru-.

ment, de

pitotbuis, bij grete sneiheden (en due ook bu

klei-nere aneTheden

met onderdruk) bleek te

caviteren eu

dus zeer

waarschijnlijk bij deze toestanden

niet

bruIkbaar was als

uit-gangapunt;

(aangezien cok het bovenste meetpunt van de con-tractiernanometer bU genoemde

toestanden caviteert, kannen

we geen

extrapolatie in dit gavai

toepassen).

0m. hieraezi tegemoet te komen, werd in list rechter

verticale

been van de tunnel, wr bU

niaxiniale sneiheid in het meetstuk

de sneiheid ca. I rn/sec. bedraagt, een molentje geplaatat

(doorsnede IV). De volgende metingen werden er op

gebaseerd,

dat dit molentje na

geijkt

te zijn op de pitotbuis, in een ge-bled waar doze laatete bruikbaar was, ala basis kon dienen

bij toestanden waar de pitotbuis

caviteert.

-

Aliereerat werd grafisch be:paald,

over wolke tijd hot

toerental van hot molentje gemiddeld moest worden orn

een bruikbare

waarde te krijgen.

Vervolgens werd

hot

sneiheidaprofiel in

dooranede IV lange

de as vari

hot moientje bepaald.

en

met behuip hiervan

_eon

plaats voor

het molentje gevonden, waar de gunstigste

resul-taten

verwaclit konden worden.

Ultvoering der ;roeven:

Fig. 1: Bepaling verband h0 (contractie) en }i (pitotbuis)

Er blijkt een drukverachul te bestaan tussen onder- en

boyen-kant van hot meetatuk: Cebruiken we alleen de boventak

(resp. ond4rtak) dan

vinden we

h

0,964 ki

resp. h0

-1,014 lip, hetgeen

betekent,

dat

de sneiheid

aan de onderzljde

van hat meetetuk groter la dan aan de bovenzijde. Blj gebru.ik

van beide takken

werd gevonden: h0

_{0,982 lip.}

Pig. 2,

3 en 4 DezelÎde proeven waarbtj achtereenvolgens

in de onderate tak twee capillairen, in beide takken één en tenalotte in

da onderBte tak twee capillairen geplaatst

werden. Gevonden werd voor resp. 0,982,

0,989 en 1,007.

(3)

Fig.

:

0m de inv]oed van cavitatie op de pitotbuis te

de-monßtreren, werd bij onderdruk

gemeten waarbij in de

boyen-ate tak van de

contractiemanometer

twee

weeratanden geplaatet werden. Genoemde invloed is onmiskenbaar.

Fig. 6: Bepaling waarnemingstjd toerental inolentje.

Uit doze proof blijkt,

dat blj

t>, 200 sec.

redelijk

betrouw-bare uitkoinaten

te

verwachten ztjn.

Fig.

7:

herbu werd 't molentje op elf versohillende

punten

op eon rechte ]ijn in de dooranede IV geplaatat.

Voor elk

van doze plaataen werd 't verband bepaald tusson de

snelheid

ter plaatse

van

hot

molentje, zoala

die berekend

werd met

behuip van de

ijktormule V100 .

+ 0,05 m/sed en de anelheid in hat meetatuk V Voor elk van doze punten

P.'..v.

blijkt dit een lineair verband te zijn. M.a.w. er is eon

be-trekking V,

en c,

ev

..IOC p..i

Fig. 8: geeít de waarde van 0100

ala functie van de plaats in de beachouwde doorenede. ("zonder lange pitotbuisl"). Uit deze £iguur blijkt, dat ¿C de kleinste waarde heeft

tussen de meetplaatsen 1+ en

_3k.

Nu kan due de pitotbula ala uitgangapunt vervangen

worden

door hot mo].entje en de invloed van cavitatia op de metingen met de contractiemanometer nagegaan worden.

Fig.9: Meting bj

onderdruk

en in onderete tak contractie-manometer twee

werstanden.

(capillaix'en). Voor V),1O rn/eec

afwjking van lineair verband

Pig. 10: Ze].fde proef doch bu atmoeferiache druk. Lineair

verband in 't gehels sneiheidebereik.

l'ig. 11 en liS:

Zelfde als bij fig. 9 doch hiei'btj is in beide

takken van de

contractieivanometer eon weerstand.

geplaatet. De invloed van beide takken doet zieh

hierdoor gelden,

wat

tot uiting komt in eon nauwe]ijka waarneembare afwjking

van het lineair

verband bij V

.

10 rn/eec. In verband hiermee

is niet nog

eens de proof gedaan,

waarbij in

de

bovenste tak

twee weerstanden

opgenomen ztjn.

(4)

Fiç. 12: Zelfde proef doch bj atmoBferisobe druk. Lineair verband in gehele sneiheidebereik.

Vex'volgens werden overeenkomende proeven gedaan met dat verachul, dat zich in de nieetsectie eon experimenteel model van een bolvorxnige 5-gaten-pitotbuis beyond. Tevens was hot bovenste meetpunt van de contractiemanometer beter a.fge-w.rkt, waardoor ook bij grote eneihoden en lage dru.k geen

cavitatie meer optrad.

De verwachting was d&t zeker tengevolge van dit laatste hot oerder gevonden verband h0 : veranderd zou ziin.

Pig. 13: (}evonden werd ) I (vgl. tig.12: Ç I)

Vorder bleek dat ook de conatantej voor dit geval veranderd was en wel

in

de zeiftìe zin als zo volgen uit de verandering van de waarde : beide wezen op eon toename van ho.

Pig. ILI.* (Vgl.Zig. 7 en 8) Snelheidsprofiel langa as mojen-. tje.

Doze proof gaf stork afwijkende resultaten vsn de eerder ge-vonden wearden en de vraag rjat of dit aan de lange pitot.. buis te danken is

7ig.

15: (Vgl.fig.1) Voor de vorhouding vinden we nu

in d.ezslfde volgorde: 1,07, 1,02 en 1,05, hetgeen In

over-eensteinming is met fig. 13.

Tenalotte werd

de lange pitotbuiB weer verwjdeH, waarna nog

gecontroleerd werd of het anelheidsprofiel (zio fig.14, 7 en

8) wear de oorspronkeli.jke vorm aannam. Dit bleek evenwel

niet 't geval.

Pig. 16:

1,05 hetgeen dus onafhankelljk b]4jkt van de

lange pitotbuis.

Pis. 17: Hierin le weer uitgezet Vioc -

waarbi.j

bleak, dat

niet dezelfde was ale btj eerdere metingen

(zio fig. 8).

Cono lusie:

b]ijkt eon rede]Jjk lineair verband te

beataan tuBsen be

en hp, zodat met behuip van de contractieznanoineter de

snel-heid in de meetsectie berekend kan worden.

(5)

BJ eon nauwkeuriger afwerking van de betreffende meetopenin-gen zal hier zeker geen eavitatie optreden, zodat

00k

bu

lage druk eon good resultaat verkregen wordt.

De sne].heidsnieting met hot hier gebruikte molentje laat

flog

wel het oem en ander te wensen over wat zijn oorzaak kan

vin-den in

ket molentje,

dat voor dit doel misachien minder ge-schikt is, maar

00k

in een inatabiel snelbeidaprofiel te plaatse v-av. hot inolentje. Dit laatate kan met een meer voor d.it doel geschikt molentje econtroleerd worden.

Vorder hebbexi doze proeven duidelijk aangetoond, dat de prQ-bleinen, verboMen aan een

exacte aneTheidabepaling,

voor-zover dit begrip tot nu toe gedefinieerd is, vele zijn.

Eon steeds terugkerend. probleem vormen de zich in de leidin-gen vormende luchtbellen. Bu eon volgende opatelling dient

er op gelet te worden, dat kleine, zieh van de vloeietof afacheidende luchtbellen geen gelegertheid krtjgen zieh tot eon grotere bel te verenigen en wolke aldus de

biding

blokkeert, ofwel geleidelijk opstujgt en zodoende de meting beinvloedt. Vorder dient het begrip"enelheid-in-de-rneet-aectie" beter gedefinieerd te worden, daar de sneiheid op

zeker tijdatip ten eerate

niet gemeten kan worden en ten

tweed.e ook geen ruikbare grootheid. is bu de proeven, weLke

doorgaanø genomen worden. Het zou zeker dienstig zljn een

o ander zelfregistrerend. inatrument te gebruiken, zodat hot

snelbeidsverboop gedurende

eon uit te voeren proef

bekend word.t. Men kan dan een gemiddelde bepalen over de duur van de proef.

Van ebementair belang is tevens de noodzakelijkheid eon

serious getjkte pitotbuis te kunnen gebi'u.iken om daar andere

snelheid.emeetinstrumentefl op te kunxìen tjken

(coritractie-manometer e.d.)

(Bovenomachreven proeven zum alle gebaseerd op oem uiterst

(6)

(7)

t

300

200 100 100 300 hover, open : b

f07 h

h«id« open : _h i,oi Ii

onder open: b